puzolan nedir çimento içinde kullanımı
Malzeme

PUZOLAN NEDİR? ÇİMENTO İÇERİSİNDE KULLANILMASI

Puzolan Tanımı ve Genel Sınıfları

Puzolan, kendi başlarına bağlayıcılık değeri olmayan veya çok az bağlayıcılık gösterebilen, fakat ince taneli durumda olduklarında ve sulu ortamda kalsiyum hidroksitle birleştirildiklerinde hidrolik bağlayıcılık özelliğine sahip olan silisli veya silisli ve alüminli malzeme olarak tanımlanmaktadır. Puzolan yapısında yer alan silisin ve alüminin yanısıra, bir miktar da demir oksit, kalsiyum oksit, alkaliler ve karbon bulunmaktadır.

Eski Mısır’da tuğlanın (pişmiş kil) öğütülerek kirece katılması düşünülmüştür. Bu yöntemle elde edilen harca  horasan harcı” denilmektedir. Osmanlılar bu harcı geniş ölçüde ve bilinçli olarak kullanmışlardır. Avrupa’da ise Romalılar Napoli civarındaki Puzzuoli kasabasının toprağından yararlanmışlardır. Puzolan sözcüğü bu kullanımdan kaynaklanmaktadır. Puzolan terimi, genel bir ifade olmakla beraber puzolanlar, bulundukları ülkelere göre özel adlar almıştır. Almanya’da, “Tras” adı ile anılmış, Yunanistan’da ise “Santorin toprağı” olarak anılmıştır. Ülkemizde bu tip volkanik tüf karakterli puzolanlara tras denilmektedir. Fakat son yıllarda traslı ve katkılı çimentolara verilen önemin artmasıyla Puzolan ismi de gerçek anlamına kavuşmuştur.

Volkanik kül, volkanik tüf, diatomlu toprak ve pişirilmiş kil, “doğal puzolanlar”dır. Uçucu kül, granüle yüksek fırın curufu, silis dumanı, ve pirinç kabuğu külü, “yapay puzolan” sınıfına aittir.

Doğal puzolanlar, binlerce yıldan bu yana, söndürülmüş kireçle birleştirilerek, su altında da sertleşebilen ve suya dayanıklı harç ve bir tür beton yapımında kullanılmıştır. Portland çimentosunun icadından sonra da, hem doğal puzolanlar hem de yapay puzolanlar, portland çimentolu beton yapımında mineral katkı maddesi olarak kullanılmaktadır. Gerek betonun birçok teknik özeliğini olumlu yönde değiştirmeleri, gerekse portland çimentosundan daha ekonomik olmaları ve beton karışımının içerisinde çimento ağırlığının %50’sine varan miktarlarda kullanılmaları nedeniyle, puzolanik katkı maddelerinin beton endüstrisinde çok önemli yeri bulunmaktadır.

Puzolan iki genel gruba ayrılmaktadır:

puzolan sınıflandırılması
puzolan sınıflandırılması
  1. Doğal puzolanlar : Doğada bulunan volkanik küller, volkanik tüfler, volkanik camlar, ısıl işlem görmüş killer ve şeyller, ve diatomlu topraklar bu grup içerisindeki puzolanlardır.
  2. Yapay puzolanlar : Bunlar endüstriyel yan ürünlerdir. Uçucu küller, silis dumanı ve granüle yüksek fırın cürufu yapay puzolanlardır.

Puzolanik Reaksiyon

Puzolanların kompozisyonu büyük ölçüde silis ve alüminden oluşmaktadır. İnce daneli durumdaki puzolanlar, söndürülmüş kireç ve suyla birleştirildiğinde, bu malzemeler arasında birtakım kimyasal reaksiyonlar yer almaktadır. Kalsiyumhidroksit, silis ve su arasındaki reaksiyonlar, aynen Portland çimentosunun hidratasyonunda olduğu gibi hidrolik bağlayıcılık özelliğine sahip kalsiyum- silikahidrat (C-S-H) jellerinin oluşmasına yol açmaktadır.

Puzolanik Aktiflik

Puzolanik malzemelerin söndürülmüş kireçle ve su ile ne ölçüde reaksiyona girebileceği, ne ölçüde bağlayıcılık sağlayabileceği “puzolanik aktivite” olarak tanımlanmaktadır. Puzolanik malzemenin yeterli aktiviteyi gösterebilmesi için, yeterince ince taneli olması, amorf yapıya sahip olması ve yeterli miktarda “silis + alümin+ demiroksit” içermesi gerekmektedir. Puzolanik aktivite “dayanım aktivite indeksi” olarak adlandırılan bir değerin hesaplanmasıyla ifade edilmektedir. Bu değer aşağıdaki gibi hesaplanmaktadır;

Dayanım aktivite indeksi = (A/B)x100

Burada;

A= Puzolanlı harç numunelerin ortalama basınç dayanımı,

B= Kontrol harç numunelerinin ortalama basınç dayanımıdır.

ÇİMENTO İÇERİSİNDE PUZOLAN KULLANILMASI

Mineral katkı maddeleri, beton yapımında kullanılan çimentonun, suyun, agreganın ve fiber donatının dışında, beton karışımının içerisine karılma işleminden hemen önce veya karılma işlemi esnasında katılan ince taneli mineral katı parçacıklardır. Volkanik kül, volkanik tüf, diatomlu toprak, pişirilmiş kil, uçucu kül, granüle yüksek fırın curufu, silis dumanı, pirinç kabuğu külü ve taşunu, beton yapımında kullanılan başlıca mineral katkılardır. Bunlardan taşunu dışındakilerin hepsi puzolanik özeliklidir. Puzolanlar, “kendi başlarına bağlayıcılık değeri olmayan veya çok az bağlayıcılık değeri olan, fakat ince taneli durumdayken, sulu ortamda kalsiyum hidroksitle birleştiğinde, hidrolik bağlayıcılık gösterebilme özeliği kazanan silikalı ve alüminalı malzemeler” olarak tanımlanmaktadır. Puzolanik malzemenin yeterli bağlayıcılığı gösterebilmesi için aşağıdaki koşulları sağlamış olması gerekmektedir:

  • İçerdiği silika ve alümina miktarı yüksek olmalıdır. (Çimento ve beton endüstrisinde kullanılacak puzolanlardaki “SiO2 + Al2O3+ Fe2O3” miktarının en az %70 olması istenmektedir.)
  • Amorf yapıya sahip olmalıdır.
  • Doğal haliyle çok ince taneli durumda, veya öğütülerek en az çimento inceliği kadar ince taneli duruma getirilmiş olmalıdır.

Çimento içerisinde puzolan miktarı

Puzolanik katkı maddelerinin dışında kalan her türdeki katkı maddesinin beton karışımında kullanıldıkları miktarlar çok az olmakla birlikte, puzolanik katkı maddelerinin kullanıldıkları miktarlar, genel olarak, çimento miktarının %10-%50’si kadardır. Bazı betonların yapımında, bu oran %50’nin çok üstünde de olabilmektedir. Puzolanik katkı maddelerinin yer alacağı betonda, mineral katkı kullanılmadan yapılacak betondakine kıyasla, çimento miktarında bir parça azaltma yapılmakta ve beton karışımına, azaltılan çimento miktarı kadar puzolanik katkı maddesi eklenmektedir. Böylece betondaki bağlayıcı malzeme, “portland çimentosu + puzolanik katkı maddesi”nden oluşturulmaktadır. (Mineral katkı maddeleri, bazan, betondaki ince agreganın bir kısmını oluşturmak üzere de kullanılabilmektedir.)

Agreganın mobilitesi

Puzolan katkılı beton karışımında çimento ağırlığında azaltma yapılarak azaltılan miktar kadar çok ince taneli puzolan kullanıldığından ve puzolanın özgül ağırlığı portland çimentosununkinden daha düşük olduğundan, daha
büyük bağlayıcı hamur hacmi elde edilmektedir. Gerek bağlayıcı hamur hacminin artması ve gerekse çok ince taneli mineral katkı kullanılmış olması, taze betondaki ince agreganın mobilitesinin yüksek olmasını sağlamakta, işlenebilmeyi artırmaktadır.

Hidratasyon ısısı ve büzülmeye etkisi

Puzolan katkılı betonlarda çok ince taneli mineral katkılı tanelerinin yer alması, taze betonun içerisindeki suyu kendilerine daha iyi bağlamaktadır; böylece taze betondaki terlemenin daha az olmasına yol açmaktadır. Puzolan katkılı betonlarda daha az miktarda portland çimentosu kullanıldığı için, betonda yer alan trikalsiyum alüminat anabileşeni ve alkaliler de daha az olmaktadır. Bu durum, betonun sülfat dayanıklılığının artmasına ve betondaki alkali-agrega reaksiyonunun yaratacağı genleşme olasılığının azalmasına neden olmaktadır.

Ayrıca, çok ince taneli katkı maddeleri, betondaki boşlukların azalmasına, dolayısı ile betonun su geçirgenliğinin daha az olmasına yol açmaktadır. Puzolan katkılı betonlarda daha az miktarda portland çimentosu kullanılması nedeniyle, betondaki hidratasyon ısısı ve büzülme daha düşük olmaktadır. Hidratasyon ısısının açığa çıkma hızının düşük olması, baraj betonlarında ve diğer kütle betonlarda puzolan kullanımını ön plana çıkarmaktadır.

Betonun dayanımına etkisi ve ekonomik olması

Puzolan katkılı betonun ilk zamanlardaki dayanımı, katkısız betonunkine kıyasla, genellikle daha düşük olmaktadır. Ancak, puzolanik reaksiyonların gelişmesiyle, nihai beton dayanımı oldukça yüksek olabilmektedir. Puzolanik katkı maddelerinin kullanımı sadece teknik avantajlar sağlamamaktadır. Puzolanik malzemelerin maliyeti portland çimentosununkinden daha az olduğu için, istenilen kalitedeki betonun puzolanik katkı ile de yapılmasıyla daha ekonomik beton elde edilebilmektedir.

İnce Taneli Puzolanik Katkı Maddelerinin Beton Özeliklerine Etkisi

Olumlu Etkileri

  • İşlenebilmeyi artırmaktadır,
  • Terlemeyi ve segregasyonu azaltmaktadır,
  • Hidratasyon ısısının hızını ve miktarını azaltmaktadır,
  • Su geçirgenliği azaltmaktadır,
  • Alkali-agrega reaksiyonunu azaltmaktadır,
  • Sülfat hücumlarına karşı dayanıklılığı artırmaktadır,
  • Nihai basınç dayanımının yeterince yüksek olmasına yol açmaktadır,
  • Ekonomiklik sağlamaktadır.

Dikkat Edilmesi Gerekenler

Puzolanik katkı malzemesi kullanımı, özellikle soğuk hava koşullarında, prizi geciktirir ve genellikle ilk günlerdeki dayanımın daha az olmasına yol açabilir. Puzolan katkılı betonların daha uzun süreli ve daha dikkatli kür edilmeleri gerekebilir. Ayrıca, betonda belirli miktarda sürüklenmiş havanın yer alabilmesi için, mineral katkısız betonda kullanılandan daha yüksek miktarda hava sürükleyici katkı maddesi kullanımını gerektirebilir. Puzolanlar, genellikle, “doğal puzolanlar” ve “yapay puzolanlar” olarak iki sınıfta ele alınmaktadır. Aşağıda bu puzolan sınıfları hakkında kısa açıklamalar yapılmakta ve ilk kullanımları göz önüne alınarak tarihi geçmişlerine yer verilmektedir.

 

Kaynak

Türker DİKİCİ

TAŞIYICI HAFİF BETONUN MEKANİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ

Paylaşmak Güzeldir

Bunlar da hoşunuza gidebilir...

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir